Производство свинца

Свинец, используемый в настоящее время во многих сферах человеческой деятельности, был открыт задолго до нашей эры. Подтверждают это многочисленные археологические находки. Например,  археологами были найдены свинцовые бусины, датируемые 6400 г. до н. э., и относящиеся к культуре Чатал-Хююк. А в Британском музее можно увидеть свинцовую статуэтку стоящей женщины в длинной юбке, которая датируется 3100 – 2900 гг. до н. э. и относится к временам первой династии Египта. Данная реликвия была найдена в храме Осириса в Обидосе и привезена из Египта в 1899 году. Очень часто именно этой статуэтке приписывается статус наиболее древней вещи, изготовленной из свинца. Кроме этого, также известны и свинцовые медальоны, которые использовались в Древнем Египте. А во времена раннего бронзового века свинец использовался вместе с сурьмой и мышьяком. Его также использовали римляне для отливания водопроводных труб. Как известно, английское слово plumber, которое переводится как «водопроводчик», произошло именно от латинского «plumbum», благодаря именно римским водопроводчикам. Также свинец активно использовался и во времена Древней Руси для покрытия церковных куполов, а также для вислых печатей к грамотам. И это далеко не полный список древних находок, свидетельствующих о том, что свинец был хорошо известен нашим предкам и очень активно ими использовался в различных целях. Таким образом, можно сказать, что история свинца уходит своими истоками еще в VII тысячелетие до нашей эры. Опираясь только на археологические находки, трудно сказать точное время открытия данного химического элемента. Однако, можно точно судить о том, что наши предки достаточно хорошо были знакомы со свинцом, умели его добывать и работать с ним.

Свинец представляет собой металл, обладающий высокой инертностью, так как за очень короткое время на нем образуется оксидная пленка. Для него характерна достаточно низкая теплопроводность, а также низкая электропроводность (в несколько раз ниже, чем у меди). Данный металл относится к тяжелым, однако не смотря на это, если его поместить в условия нормальной температуры, то он является достаточно мягким и очень легко поддается резке. Свинец имеет кубическую, гранецентрированную кристаллическую решетку. При всех температурах устойчивой является одна фаза, в связи с чем свинец характеризуется своими устойчивыми свойствами как при температурных колебаниях, так и при изменении давления. Также свинец обладает одной достаточно интересной особенностью – поглощением рентгеновского излучения. В данном случае присутствует некая закономерность, которая заключается в порядковом номере элемента – чем он выше, тем вещество способно более поглощать и менее рассеивать излучение.

Как добывают свинец

Не смотря на то, что в настоящее время свинец применяется несколько меньше, чем в древности, его производство остается в огромных масштабах. Данный металл не относится к редким – запасы свинца в земной коре составляет 1,6∙10^-3. Учитывая массу литосферы, данный показатель является достаточно внушительным. Самородного свинца в природе практически не существует, в чистом виде он встречается крайне редко. В основном, источники свинца – это многие горные породы, начиная от осадочных, и заканчивая ультраосновными интрузивными породами. Также он содержится в составе 80 разнообразных минералов, из которых наиболее важными являются: галенит, PbS, церуссит PbCO₃, англезит PbSO₄ (сульфат свинца); из более сложных - тиллит PbSnS₂ и бетехтинит Pb₂(Cu,Fe)₂₁S₁₅, а также сульфосоли свинца - джемсонит FePb₄Sn₆S₁₄, буланжерит Pb₅Sb₄S₁₁. Также свинец всегда входит в состав урана и тория.

Где добывают свинец

Добыча свинца является не чем иным, как добыча руд, содержащих свинец, с дальнейшим получением данного полезного ископаемого. В связи с тем, что свинец практически не образует самостоятельных залежей, назвать именно месторождения свинца практически невозможно. Однако, стоит отметить, что на территории Красноярского края в Нижнем Приангарье ведется разработка уникального Горевского месторождения полиметаллов с запасами свинца по категориям А+В+С1. Запасы по данным категориям составляют порядка 5 258,2 тыс. тонн. Открытие данного месторождения состоялось еще в 1956 году. В 1975 году была начата его разработка. Однако, первые данные о том, что в месторождении присутствуют свинцово-цинковые руды, были известны еще во второй половине 18 века. В 2012 году добыча свинца из данного месторождения составила 149,4 тыс. тонн.

Как получить свинец

Как уже говорилось выше, самостоятельное образование свинца практически не происходит, в основном он находится в составе различных горных пород, а также содержится во многих минералах. В связи с этим, изготовление свинца заключается в использовании руд и минералов, содержащих данный химический элемент. Для этого, главным образом, используются руды, в составе которых присутствует галенит. Однако, в нем максимальное содержание свинца составляет порядка 8-9%. В связи с этим, производство свинца начинается с флотации, т.е. обогащения полезных ископаемых, в результате чего получается концентрат, в составе которого находится порядка 40-70% свинца. Так как металл обладает высокой токсичностью, то все изделия из него и его соединений необходимо специально утилизировать. Поэтому, технологии, позволяющие осуществлять данную, довольно небезопасную процедуру, появились достаточно давно и активно используются. Вторичное сырье, существенно отличается по своему составу от исходного, в связи с чем его также используют для получения разнообразных сплавов. В связи с тем, что руда, в которой находится свинец, имеет достаточно непростой состав, то ее на протяжении достаточно длительного времени подготавливают – измельчают, затем обогащают. Строит сказать, что метод флотации применяется неоднократно и в различных вариантах согласно характеру руды. Однако, для обогащения сульфидных руд существует два основных метода:

• коллективный. Его используют для обогащения руд, для которых характерно достаточно низкое содержание сульфидов (не более 25%). В данном случае проделывается несколько циклов флотации, и в результате каждого цикла выделяется определенный концентрат;
• прямой селективный. Благодаря данному методу становится возможным поэтапно с помощью применения различных реагентов выделить свинцовый, медный и цинковый концентраты. Данный способ является наиболее популярным.

Далее существует несколько методов, которыми возможно переработать полученный концентрат в веркблей, или, так называемый, черновой свинец. Вербклей, в котором содержится порядка 90% свинца, очищается. Медь удаляется при помощи зейгерования с дальнейшей обработкой серой. После этого с помощью щелочного рафинирования удаляются мышьяк и сурьма. Следующим этапом выделяются серебро и золото, отгоняется цинк. В данном процессе применяется цинковая пена. Висмут удаляется благодаря использованию кальция и магния. После всех этапов примесей в свинце остается не более 0,2%.

Среди технологий, используемых при получении свинца, можно выделить две основных:

- пирометаллургическая. Стоит отметить, что в основном весь материал, который нашел свое применение в металлургической промышленности, получают именно данной технологией. Для этого применяются разнообразные виды плавки, из которых наиболее универсальным способом является восстановительная плавка. Она подходит для руды, в составе которой находится любая концентрация вещества и любые добавки.

- гидрометаллургическая. Данный метод основан на том, что конгломерат разлагается путем использования растворов хлорного железа – водных. Данный процесс состоит из нескольких ступеней. Сначала растворяются свинцовые соли. Затем выщелачиваются свинцовые соединения. При этом в раствор попадает большое количество различных примесей. Следующим этапом является очищение рабочих растворов. И на последнем этапе отсаживается сам свинец. Это происходит при помощи кристаллизации хлорида металла и дальнейшим электролизом, цементацией железным скрапом, электролизом с растворными анодами.

Главным отличием указанных двух технологий является то, что при первой технологии все составляющие сырья плавятся, а во время применения второй технологии они разлагаются в растворителях, после чего происходит восстановление свинца путем химических способов.

Применение свинца

Прошло достаточно большое количество времени с момента знакомства человека со свинцом, и в сегодня свинец применяется в несколько иной форме, в отличие от наших предков, однако, его применение стало хоть и меньше, но, в тоже время осталось достаточно широким.  Так, свинец издавна использовался для изготовления пуль и снарядов (особенно до появления огнестрельного оружия, из свинца изготавливали пращи) благодаря тому, что он имеет высокую плотность, а соответственно, большой импульс и пробивную способность снаряда. Также он используется в медицине в качестве защиты пациентов от рентгеновских аппаратов и для радиационной защиты в ядерных реакторах в связи с тем, что обладает хорошей способностью поглощать радиоактивное излучение. Сплавы свинца широко применяются в электротехнике (припой для пайки металлов), типографической отрасли (для создания чернил для печати газет и журналов), машиностроении (например, для изготовления подшипников) и многих других отраслях. До недавнего времени соединения свинца использовались для этилирования бензина (увеличения октанового числа моторного топлива). Однако, эта деятельность была запрещена в связи с тем, что на основе многочисленных исследований было установлено, что с выхлопами автомобильных двигателей в атмосферу выбрасывалось достаточно большое количество свинца. Загрязнение окружающей среды данным химическим элементом является достаточно опасным, поскольку свинец и различные его соединения являются очень токсичными. Особо опасными являются водорастворимые и летучие соединения свинца. Высокая токсичность также характерна и для паров расплавленного свинца. При попадании паров или же соединений свинца в организм человека наступает острейшее отравление, которое выражается болями в области живота, суставах, судорогами,  а также обмороками. При воздействии на организм малых доз свинца, он способен накапливаться в костях, а также в печени и в почках, тем самым вызывая разрушение тканей и органов.